[論文レビュー] Arch2030: A Vision of Computer Architecture Research over the Next 15 Years

Luís Ceze, Mark D. Hill+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 9, 2016

Cloud Computing and Resource Management被引用数 24

ひとこと要約

Arch2030 は、次世代のコンピュータアーキテクチャ研究の戦略的ビジョンを提示し、ムーアの法則とデナードスケーリングの終焉に対応するため、アプリケーションと新興デバイス技術の間をつなぐアーキテクチャの可能性を同定する。本論文は、ハードウェア・ソフトウェア共同最適化、ドメイン特化型アクセラレータ、レジリientシステムの分野における変革的で将来指向の研究方向性を提示し、伝統的なスケーリングに依存しない情報技術分野の進歩を継続可能にする。

ABSTRACT

Application trends, device technologies and the architecture of systems drive progress in information technologies. However, the former engines of such progress - Moore's Law and Dennard Scaling - are rapidly reaching the point of diminishing returns. The time has come for the computing community to boldly confront a new challenge: how to secure a foundational future for information technology's continued progress. The computer architecture community engaged in several visioning exercises over the years. Five years ago, we released a white paper, 21st Century Computer Architecture, which influenced funding programs in both academia and industry. More recently, the IEEE Rebooting Computing Initiative explored the future of computing systems in the architecture, device, and circuit domains. This report stems from an effort to continue this dialogue, reach out to the applications and devices/circuits communities, and understand their trends and vision. We aim to identify opportunities where architecture research can bridge the gap between the application and device domains.

研究の動機と目的

• ムーアの法則とデナードスケーリングの収益性の低下に応じ、コンピュータアーキテクチャの将来の道筋を再定義すること。
• アプリケーションワークロードと新興デバイス／回路技術の間をつなぐ役割を果たす、コンピュータアーキテクチャの研究機会を同定すること。
• アプリケーション、アーキテクチャ、デバイス、回路の各分野を統合したコンピューティングエコシステム全体で協働を促進し、情報技術分野の持続的イノベーションを確保すること。
• ビジョン作成作業とコミュニティからのフィードバックを統合することで、学術界および産業界の資金配分と研究優先順位を導くこと。
• 伝統的なスケーリングトレンドを超えて、パフォーマンス、効率性、信頼性の分野での継続的進歩を保証する長期的な研究アジェンダを確立すること。

提案手法

• アプリケーション、デバイス、回路のコミュニティを含む複数のステークホルダーによるビジョン作成プロセスを実施し、将来のトレンドと課題を同定する。
• 21世紀コンピュータアーキテクチャホワイトペーパーおよびIEEE Rebooting Computingイニシャチブを含む、先行するビジョン作成作業の知見を統合する。
• トランジスタスケーリングの継続的進行が見込めない状況下で、パフォーマンスおよび効率性の向上を実現するアーキテクチャ的革新を同定することに焦点を当てる。
• アプリケーションワークロードと新興ハードウェアプリミティブ、デバイスレベルの能力を整合させる共同最適化アプローチを強調する。
• 計算システム分野における基盤的進歩を可能にする可能性に基づき、アーキテクチャ研究方向性を評価するフレームワークを提示する。
• 特に異種およびドメイン特化アーキテクチャにおいて、レジリエンス、セキュリティ、エネルギー効率性を、将来的な研究の中心的テーマとして強調する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ムーアの法則とデナードスケーリングの終焉に伴い、コンピュータアーキテクチャ研究はどのようにしてパフォーマンスと効率性の進歩を継続できるか？
• RQ2 実世界の応用において、新興デバイスおよび回路技術を効果的に活用するには、どのようなアーキテクチャ的革新が必要か？
• RQ3 ハードウェア・ソフトウェア共同最適化は、アプリケーションワークロードと新しいハードウェアプリミティブの間のギャップをどのように埋めることができるか？
• RQ4 将来のコンピュータアーキテクチャにおいて、レジリエンス、セキュリティ、エネルギー効率性といったシステムレベルの特性をどのように優先すべきか？
• RQ5 コンピュータアーキテクチャコミュニティは、産業界および学術界の資金配分優先順位と整合する研究アジェンダをどのように整えるべきか、長期的インパクトを確保するには？

主な発見

• 伝統的なスケーリングの終焉は、情報技術分野の進歩を維持するためのコンピュータアーキテクチャ研究の根本的再考を必要としている。
• アーキテクチャ的イノベーションは、アプリケーションおよびデバイステクノロジと連携した共同最適化にますます依存する必要がある。
• 機械学習やデータ分析といった新規ワークロードに特化したドメイン特化型アクセラレータや専用ハードウェアは、将来の進歩にとって不可欠である。
• レジリエンス、セキュリティ、エネルギー効率性は、もはや二次的課題ではなく、将来のシステム設計の中心的柱である。
• トランジスタスケーリングを超える複雑な課題に取り組むには、アプリケーションからデバイスまでをカバーするコンピューティングスタック全体での協働が不可欠である。
• Arch2030 で提示されたビジョンは、すでに学術界および産業界の資金プログラムに影響を与え、研究方針設定への実効性を示している。